《语音识别技术》教学设计
包桂霞
设计背景
当前人工智能课程刚起步，还处于探索研究阶段，各版本教材多以理论介绍为主，缺少感知体验、实践模拟。如何以学习者为中心，上好基于大班教学的普惠型人工智能课程是本文探索的重点，本文以智能语音技术中的语音识别技术一课为例探讨如何培养学生的人工智能鉴赏力、理解力、应用力、创新力以及责任感。
学习内容分析
智能语音技术是人工智能领域的重要分支，在生活中有着广泛应用，如语音输入、语音导航、语音助理、语音音箱、语音评测等。它综合应用了大数据、机器学习、声学、语言学等知识。初中阶段侧重于让学生了解语音识别的定义，理解其工作流程，知道其应用，初步尝试运用人工智能技术创新地解决生活中的问题。
学习者分析
本课的学习者是初一年级学生，他们乐于接受新技术，在生活中已经积累了许多使用语音识别技术的经验，如进行语音输入、语音导航、使用智能音箱等，为理解语音识别的定义及价值奠定了基础。他们乐于挑战，对稍具难度的知识保持着较强的好学心，他们爱动手、乐创造，对制作“智能语音导游”有着强烈的内驱力。本课的学习任务具有挑战性，需要学生们分组合作完成，课前将学生分为3人一组，每组一个平板，一套人工智能设备。这需要教师指导学生进行合理分工，调动每一位成员的积极性，确保小组合作高效进行。
学习目标
①识别语音识别技术在生活中的应用并了解及价值;②掌握语音识别技术的定义并理解其工作流程;③運用语音识别技术设计智能导游的功能并编程实现;④树立合理使用人工智能技术的社会责任。
教学过程
1.慧眼识AI
（1）展示“黑科技”，激发学习兴趣，掌握概念
课前教师搭建基于小米小爱音箱和小米空调伴侣的“人工智能+物联网”环境，实现语音控制空调开关;在一体机上连接讯飞智能语音鼠标，实现语音转字幕。
师：今天有点冷，让我们打开空调。小爱同学，请打开空调，设置26度。（此时空调自动启动，同时教师的语言以字幕形式呈现在一体机屏幕上，学生们看到这两个现象时露出十分惊奇的表情，课堂气氛一下子被调动起来）请大家分析老师的语音实现什么功能。
生：实现了语音控制空调和语音变成文字。
分析并理解概念：语音识别是机器通过识别和理解，将语音转换成指令或文本的技术。
（2）关联生活，识别生活中AI应用，分析价值
教师提问：生活中还有哪些语音识别的应用，它们发挥了怎样的价值？
学生对照概念关联已有生活经验，分享相关应用，如语音输入法，让沟通更高效;语音控制，让控制更方便;语音导航，让驾驶更安全;语音客服，降低成本
设计意图：首先通过体验生活“黑科技”，感知语音识别技术，激发学生的学习兴趣并引出语音识别的概念。在理解概念的基础上对照概念识别出生活中语音识别技术的应用并能分析价值，提高对人工智能技术应用“鉴赏力”，做到慧眼识AI。
2.用心析AI
（1）类比生活，解析语音识别原理
师：语音识别功能是如何实现的？分析人类的学习过程：辨识音素→组合成拼音→对应汉字→写出汉字。该流程与语音识别过程对应：声音输入→切割音素→特征提取→声学模型匹配→语言模型匹配→输出文字（如图1）。
设计意图：通过类比人学习拼音汉字的过程，初步理解语音识别技术的原理。将深奥的语音识别流程与已有的生活经验类比，方便学生理解。但是语音识别技术不能简单地和人类学习过程对应，语音识别技术中有很多知识超过初中生现阶段的认知，在讲解时要做适当的说明。
（2）虚拟实验，剖析语音识别流程
实验一：
使用讯飞语记APP，体验语音输入功能。a.观察语音转写的准确率，分析影响语音识别准确率的因素。b.观察语音识别技术能否识别出语气，如疑问语气、感叹语气。
实验结论：语音转写的准确率很高，但会受环境音的影响，需要靠近设备并清晰地说出需要输入的文字;目前语音识别技术能识别出疑问语气，不能识别出感叹语气。语音识别技术还需继续发展。
实验二：
利用虚拟实验平台体验语音转写的流程，体验语音识别的过程（如图2）。a.预加重和分帧的作用？b.语言模型匹配过程中“权重值”的含义。
实验结论：预加重让声音特征更清晰更易提取，分帧是切割音素，权重值代表匹配度，越高越接近正确答案。
设计意图：通过语音识别实验，学生体验到语音识别技术的魅力，分析不足，学生的角色从技术使用者升级到技术的评析者;通过虚拟实验体验语音转写流程，形象感知其中的关键技术，加深对AI技术的理解，提升AI理解力。
3.巧思创AI
（1）任务
常有外校教师到校参观，运用语音识别技术设计校园智能导游代替校园讲解员的部分工作。
（2）功能设计
小组成员分析讨论讲解员的工作有哪些？哪些工作可被语音识别技术代替？哪些工作不能被代替？设计智能导游功能图（如图3），并细化每个功能的工作场景。
例：指路场景
来宾：我要问路。
机器人：请问你想去哪里？
听来宾声音。
如果来宾说“科技长廊”。
那么机器人说“科技长廊在笃行楼2楼南侧”。
如果来宾说“理化生长廊”。
那么机器人说“理化生长廊在笃行楼5楼”。
（3）编程测试
小组探究学习编程平台中的AI模块：语音转写、语音命令词，编写程序。
（4）评价展示
参考学习评价表（如下表），对作品进行自评，满分100分。
小组成员上台展示功能，其他学生仔细观察机器人的动作并剖析程序，展示者验证并进一步介绍设计意图、功能特色等。
设计意图：通过制作基于语音识别的智能导游机器人，学生运用人工智能知识创新解决生活中的问题，从AI的理解者升级到AI应用的设计者、创造者。在这个过程中引导学生辩证思考人与人工智能的关系，学会设计人工智能应用场景，编写人工智能程序，创作人工智能作品，提高AI创作力，实现巧思创AI。
4.明理用AI
（1）打开眼界，了解AI技术在行业中的深度应用
语音识别技术与行业深度结合，可以发挥更大的价值。播放北京大学口腔医院修复科门诊运用智能语音技术帮助医生记录病患信息的视频，播放苏州市中级人民法院借助语音识别技术提高提审品质的现场视频。
（2）理性思考，分析技术的伦理问题
技术是把双刃剑，使用技术时，要理性思考它可能会带来危害并做出对应防范。例如，要规避麦克风恶意监听，手机APP软件仅在使用时获得麦克风权限等。
设计意图：通过深入了解行业应用，打开学生眼界，将对AI应用的认知从生活升华到行业，同时理性思考滥用技术带来的危害，加强信息社会责任意识。
教学反思
“学习者中心”是教学设计的核心视角之一，与“学科中心”“问题中心”相比，更加关注学生学习的起点和终点，关注学生的需要、兴趣和目的。语音识别技术涉及的知识很前沿，因此，制订合理的学习目标、选择恰当的学习方式、设计合适的课堂任务尤为重要。以学习者为中心，就是要充分了解学生的学习兴趣、学习已知，围绕学情设计教学。通过课前设计的学情调查，了解到学生对智能语音在生活中的应用有不少体验，对其价值有初步的认识。因此，笔者在课堂引入环节摒弃了常见应用，选择他们能理解但是不常见的“语音控制空调”“字幕自动显示”作为“黑科技”来调动课堂气氛。在调研中，了解了学生的学习需求，他们主动希望学习语音识别技术背后的原理，这符合这一年龄段学生的心理特点，他们对新事物有着强烈的好奇心、探索欲，因此通过APP体验、虚拟实验等方式让学生体验感知原理。在小组合作环节，指导学生根据成员的个性特点、学习风格进行组内分工，充分发挥组内每位成员的价值，将合作效果最大化。
在课堂设计中，根据学生的认知特点，设计了四个环节，让学生从感知体验到理解掌握，从应用创新到感悟内化，一步步提高AI鉴赏力、理解力、创造力、责任感。
智能语音单元的内容十分丰富，如何将本课的知识溶入到大单元整体设计中，让学生在项目中学习，也是需要考虑并实施的。
点 ?评
包老师的这节主题为《语音识别技术》的初中人工智能普及课，是让学生了解语音识别技术的应用、概念、原理，设计并编写具有语音识别功能的人工智能作品，教学目标指向学生的人工智能鉴赏力、理解力、应用力、创新力以及责任感。整堂课体现了以学习者为中心的理念。
（1）学习者的核心素养是教学设计的目标。信息技术的核心素养包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。课堂的各个环节均指向学生的核心素养。例如，在“慧眼识AI”环节，通过识别、列举包含语音识别功能的应用，分析其在各种场景下的价值，提高人工智能鉴赏力，提高学生在识别人工智能技术时的信息意识。在“用心析AI”环节，通过原理剖析及虚拟实验带领学生分析语音识别的算法原理，提高学生的计算思维。在“巧思创AI”环节，通过运用语音识别技术解决校园生活中的真实问题，提高数字化学习与创新能力。在“明理用AI”环节，侧重于提高学生的信息社会责任，学生分析语音识别技术可能带来的危害以及规避危害方法，培养信息安全意识与能力，遵守信息社会的道德与伦理准则，对信息技术创新所产生的新观念和新事物，既具有积极学习的态度，又有理性判断和负责行动的能力。
（2）学习者的学情特征是教学设计的关键。学情分析是教学的罗盘针，是确立教学目标和实施教学过程的重要基础。学情研判可以通过摸底考查、问卷等较为正式的方式，也可以采取抽查或提问等非正式的方式，据此设计课程的深度、难度和广度。包老师采用课前调查的方式了解学情，根据学生年龄特点、已有知识和能力让学生从感知体验到理解掌握，从应用创新到感悟内化，一步步提高学生AI鉴赏力、理解力、创造力、责任感。例如，选择更能吸引学生的黑科技作为引入，通过互动体验的方式理解概念及原理，选择学生感兴趣的问题作为课堂任务等，获得学生更高的参与度。
（3）学习者的参与热情是教学评价的依据。学生是课堂的主体，只有学生积极参与学习了，才能产生良好的学习效果。课堂上引导学生觀察生活并设置学生感兴趣的任务激发学生的学习热情;小组合作的方式调动了学生合作研究的热情;小组展示分享环节，先让学生观察展示者的作品效果，并尝试剖析作品的创作原理，最后请展示者分享创作思想，让学生从观察者走向剖析者，从聆听者走向创作者，这种剖析策略有效提高了学生积极思考的热情。包老师还设计了课堂评价表，建议在评价表中增加对学生参与度的评价，通过评价引导学生更好地参与课堂学习。
（点评人：江苏省南京市科利华中学 高建君）
